三一集團(tuan)始創于1989年(nian)，是(shi)全(quan)球(qiu)領先的(de)工(gong)程(cheng)機械制造企業(ye)。2021年(nian)5月13日，三一重(zhong)工(gong)入圍福布斯全(quan)球(qiu)企業(ye)2000強榜單(dan)，排名第(di)468位，首次濟身全(quan)球(qiu)企業(ye)500強，是(shi)榜單(dan)中(zhong)排名中(zhong)國第(di)一、全(quan)球(qiu)第(di)二的(de)工(gong)程(cheng)機械企業(ye)。
作(zuo)為重(zhong)工領域的(de)標桿(gan)，三一(yi)集團(tuan)以其18號(hao)廠房和(he)北(bei)京樁機(ji)工廠成為智能制造應用(yong)基礎的(de)示范。18號(hao)廠房更像是一(yi)個(ge)大(da)型計算系統加上傳(chuan)統的(de)操作(zuo)工具、大(da)型生產(chan)(chan)(chan)設備的(de)智慧體，每一(yi)次生產(chan)(chan)(chan)過程、每一(yi)次質量檢測(ce)、每一(yi)個(ge)工人勞動量都記錄在案。裝(zhuang)配(pei)區、高精機(ji)加區、結構件區、立(li)庫區等幾大(da)主要功能區域都是智能化、數字化模式的(de)產(chan)(chan)(chan)物。
高度離散制造企業的困局
三一(yi)是一(yi)個高度離散型制造企(qi)(qi)業，這種制造模(mo)式分(fen)散且獨立，需要(yao)大量(liang)(liang)的人力(li)(li)物力(li)(li)，造成企(qi)(qi)業成本提高，這種制造模(mo)式顯然不(bu)能(neng)(neng)滿足企(qi)(qi)業高質量(liang)(liang)的發(fa)展需求。三一(yi)積極借助信息化時代的優勢(shi)，導入智能(neng)(neng)制造模(mo)式，優化運(yun)行系(xi)統，提升設備生產制造能(neng)(neng)力(li)(li)，積極應對工程機(ji)械企(qi)(qi)業多(duo)品種、高效率、高質量(liang)(liang)、低(di)成本方面的壓力(li)(li)與挑戰。
本項目(mu)建設實體18號廠房(fang)建筑面積(ji)10萬平方米，是亞洲最大的單體生產廠房(fang)，有混凝土機械、路面機械、港(gang)口(kou)機械等多條裝配線，是三一重工總裝車間，年產能300億元(yuan)，生產的混凝土機械全(quan)球第一，港(gang)口(kou)機械中國第一。
技術創新，智能引領
2.1 / 總體(ti)架構
18號智能工(gong)(gong)廠(chang)從(cong)產(chan)(chan)品設計→工(gong)(gong)藝(yi)→工(gong)(gong)廠(chang)規(gui)劃(hua)→生產(chan)(chan)→交付(fu)，打通產(chan)(chan)品到交付(fu)的核心(xin)流程(cheng)，總(zong)體架構如圖1所示。
圖(tu)1 18號廠房(fang)智能工廠總體結(jie)構圖(tu)
? 全三(san)維環(huan)境(jing)下的(de)數(shu)字化工(gong)(gong)廠(chang)建模(mo)平臺(tai)、工(gong)(gong)業(ye)設計軟件，以及產品全生命(ming)周期管理系(xi)統的(de)應用(yong)，實現數(shu)字化研發與協同;
? 多車(che)間(jian)協(xie)(xie)同制(zhi)造(zao)環(huan)境(jing)下計劃與(yu)執(zhi)行一體化、物(wu)流(liu)配送敏捷(jie)化、質(zhi)量管(guan)(guan)控協(xie)(xie)同化，實(shi)現(xian)混流(liu)生產(chan)(chan)與(yu)個(ge)性(xing)化產(chan)(chan)品制(zhi)造(zao)，以及人、財、物(wu)、信息的集成管(guan)(guan)理;
? 自動(dong)化立體庫/ AGV、自動(dong)上下料等智能(neng)裝備的應(ying)用，以及(ji)設備的M2M 智能(neng)化改造(zao)，實現(xian)物與物、人與物之間的互(hu)(hu)聯互(hu)(hu)通與信息握手;
? 基于物聯網技術的多源異構數據采集和支持數字化車間全面集成的工業互聯網絡，驅動部(bu)門業務協(xie)同(tong)與各應用深(shen)度集成(cheng)。
2.2 / 基于三維仿真的數字化(hua)規劃
通過(guo)對整個生產(chan)工藝流(liu)程(cheng)建模(mo)(mo)，在虛擬場景中試生產(chan)，優化(hua)(hua)規劃(hua)方案。在規劃(hua)層面(mian)的仿真(zhen)模(mo)(mo)型實(shi)驗過(guo)程(cheng)中實(shi)現產(chan)能(neng)分析與評估，通過(guo)預(yu)測未來可(ke)能(neng)的市(shi)場需求，動態(tai)模(mo)(mo)擬廠房生產(chan)系(xi)統的響應能(neng)力;在裝配計劃(hua)層面(mian)的仿真(zhen)模(mo)(mo)型中，通過(guo)仿真(zhen)實(shi)驗進(jin)行節拍平衡分析與優化(hua)(hua)，規劃(hua)最優的裝配任務和資(zi)源配置。
圖2 基于(yu)三維仿真的數(shu)字化規劃應用圖
2.3 / 工業物聯網與智能產線
利用(yong)智能(neng)裝備實現生(sheng)產(chan)過程自(zi)動(dong)化、機器換(huan)人(ren)，提升生(sheng)產(chan)效率;同時搭建工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)物聯(lian)網(wang)，通(tong)過網(wang)絡連入(ru)機臺，實現機臺的生(sheng)產(chan)信息(xi)采集(ji)、機臺互聯(lian)，以及自(zi)動(dong)控制與數據傳輸，使機臺使用(yong)率最大化。
圖3 智(zhi)能裝(zhuang)備的應用(yong)示意圖
基于物聯網平臺集成的現場設備數據、生產管理數據和外部數據，運用機器學習、人工智能等大(da)數據分(fen)析與挖掘技術，建立產品、工藝(yi)、設備、產線等數字(zi)化(hua)(hua)模型，提(ti)供生產工藝(yi)與流程(cheng)優化(hua)(hua)、設備預測性維(wei)護(hu)、智能排產等新(xin)型工業應用。
圖4 工業生產物聯網應用結構圖
2.4 / MES和ERP無縫集成
集成MES系統與(yu)ERP系統，實現了客(ke)戶(hu)(hu)訂單下達(da)到生產(chan)制造(zao)(zao)、產(chan)品(pin)交付(fu)以(yi)及(ji)售后追蹤的(de)(de)全流程信息化(hua)，實現了生產(chan)制造(zao)(zao)現場(chang)與(yu)客(ke)戶(hu)(hu)的(de)(de)實時交互(hu)。客(ke)戶(hu)(hu)的(de)(de)個性化(hua)需求可(ke)以(yi)第一(yi)時間(jian)到達(da)計劃(hua)、制造(zao)(zao)、商務等相關部(bu)門，制造(zao)(zao)人員就能(neng)直接(jie)按照客(ke)戶(hu)(hu)的(de)(de)要求進行快(kuai)速生產(chan)和交付(fu)，客(ke)戶(hu)(hu)也可(ke)以(yi)隨時了解所購買設備的(de)(de)生產(chan)進度。
圖5 SANY MES系統結構圖
生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產現場(chang)(chang)以MES系統為主(zhu)線(xian)，輔(fu)助智能派工、現場(chang)(chang)LED看板等(deng)可視化(hua)信(xin)息，集成化(hua)計劃/物(wu)流/質量等(deng)控(kong)制系統，從生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產計劃下達、物(wu)料配送、作業(ye)標準查詢、質量管(guan)(guan)理等(deng)維度(du)進行在(zai)線(xian)管(guan)(guan)控(kong)，實(shi)現了人(ren)員、資源實(shi)時(shi)調(diao)度(du)，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產制造現場(chang)(chang)與(yu)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產管(guan)(guan)控(kong)中心的實(shi)時(shi)交互。
2.5 / 公共資(zi)源精細化管理(li)
公(gong)共資(zi)源定位(wei)系統是18號智(zhi)能工(gong)廠的一個重(zhong)(zhong)要支撐。公(gong)共制造資(zi)源定位(wei)平臺融合不同(tong)的定位(wei)方式并滿足(zu)不同(tong)的業務需求的同(tong)時，實現基礎(chu)設施的共用(yong)，達到減(jian)少重(zhong)(zhong)復建設、提高基礎(chu)設施利用(yong)率(lv)的目的。
? 通過物聯網技術實現對在(zai)制品、叉(cha)車(che)、人員、設備資源(yuan)的實時(shi)定位、追(zhui)蹤與監(jian)控;
? 實時(shi)獲取物料(liao)和運輸工具的狀態和位置等信息(xi)，并(bing)可(ke)以(yi)通過對(dui)這些(xie)信息(xi)的分析實現對(dui)物料(liao)的高(gao)效調度;
? 綜(zong)合運用WSN、RFID 和GPS等多種定位技術，滿足(zu)不同制造(zao)資源的定位需(xu)求。
圖(tu)6 公共資源定位系(xi)統(tong)結構(gou)圖(tu)
2.6 / 智(zhi)能(neng)化立體倉庫(ku)和物流(liu)運輸系統
智能化立體倉(cang)庫和(he)物(wu)(wu)流運輸系統實(shi)現泵車(che)、拖泵、車(che)載泵裝(zhuang)配(pei)線及部裝(zhuang)線所需物(wu)(wu)料(liao)的暫存(cun)、揀選(xuan)、配(pei)盤功能，并與AGV配(pei)套(tao)實(shi)現工位(wei)物(wu)(wu)料(liao)自(zi)動配(pei)送至各個工位(wei)。
倉(cang)儲(chu)(chu)(chu)模式采用自(zi)動(dong)(dong)化(hua)立(li)(li)體倉(cang)庫(ku)存(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)中(zhong)小件為主(zhu)(zhu))+垂直升降庫(ku)存(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)(主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)小件為主(zhu)(zhu))+平面倉(cang)庫(ku)儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)(主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)大件等其他特(te)殊物資(zi))，配合全(quan)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)的(de)(de)AGV小車，把工(gong)人從繁(fan)復的(de)(de)運(yun)輸工(gong)作(zuo)中(zhong)解放出(chu)來(lai)，使裝(zhuang)配區內(nei)整(zheng)個物流(liu)通暢有序，改變將(jiang)近總量30%的(de)(de)物料(liao)種類的(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)存(cun)(cun)和出(chu)入庫(ku)作(zuo)業(ye)(ye)模式，很大程(cheng)度地緩和了(le)自(zi)動(dong)(dong)化(hua)立(li)(li)體倉(cang)庫(ku)的(de)(de)出(chu)入庫(ku)作(zuo)業(ye)(ye)壓力(li)，有效地提高(gao)了(le)整(zheng)個系統的(de)(de)作(zuo)業(ye)(ye)能力(li)。
圖7 智能化立(li)體倉(cang)庫和物流運輸系(xi)統結構圖
2.7 / SPC質(zhi)量(liang)在線檢測(ce)與分析
18號智(zhi)能(neng)(neng)工廠通(tong)過GSP、MES、CSM及QIS的整(zheng)合應用，實(shi)現了涵(han)蓋供(gong)應商(shang)送(song)貨、零(ling)件(jian)制造、整(zheng)機裝配、售后服(fu)務等全生命(ming)周期(qi)的質檢數字化，以及SPC分析、質量追溯等功能(neng)(neng)。
圖8 SPC系(xi)統(tong)結構圖
圖(tu)9 SPC應系統用示(shi)意(yi)圖(tu)
質(zhi)檢(jian)員(yuan)所(suo)使用(yong)的設備，以工業級平板電腦和PDA為(wei)載(zai)體，在總(zong)裝及部裝線全(quan)面(mian)應(ying)用(yong)，實現(xian)了(le)圖(tu)形(xing)化質(zhi)檢(jian)，指(zhi)導質(zhi)檢(jian)員(yuan)快(kuai)速、準確定位(wei)(wei)質(zhi)檢(jian)部位(wei)(wei)及質(zhi)檢(jian)標準。質(zhi)檢(jian)項圖(tu)形(xing)化率(lv)(lv)達90%以上，質(zhi)檢(jian)電子化率(lv)(lv)100%，全(quan)面(mian)提(ti)升了(le)質(zhi)檢(jian)效率(lv)(lv)。
2.8 / 生產控制中心(xin)PCC
廠房建(jian)設(she)有 PCC生(sheng)(sheng)產(chan)控(kong)(kong)制中心，通過(guo)對生(sheng)(sheng)產(chan)過(guo)程中物料、設(she)備、輔助生(sheng)(sheng)產(chan)資源(yuan)等數據采集(ji)(ji)，并集(ji)(ji)成(cheng)PDM\ERP\CRM\MES等應(ying)用系統，實(shi)現訂單執(zhi)行與(yu)生(sheng)(sheng)產(chan)現場的集(ji)(ji)中管(guan)理與(yu)調度。核心業務(wu)包括生(sheng)(sheng)產(chan)計劃與(yu)執(zhi)行管(guan)控(kong)(kong)、質(zhi)量(liang)管(guan)控(kong)(kong)、物流管(guan)控(kong)(kong)，以及生(sheng)(sheng)產(chan)現場視(shi)頻監(jian)控(kong)(kong)等。
圖(tu)10 PCC系(xi)統結構圖(tu)
圖(tu)11 PCC系統應(ying)用(yong)示意圖(tu)
離散型柔性制造典范
實施智(zhi)能化(hua)改造后，18號(hao)廠房實現了廠內物流、裝(zhuang)配、質檢各環節(jie)自動化(hua)，一個訂(ding)單可逐級快速(su)精準(zhun)地分解至每個工位，創造了一小時下線一臺泵車的(de)“三(san)一速(su)度”，實現“產(chan)(chan)品(pin)混裝(zhuang)+流水”線的(de)高度柔性生(sheng)產(chan)(chan)。對整個生(sheng)產(chan)(chan)過程的(de)精益管控(kong)，大大提(ti)(ti)高了產(chan)(chan)品(pin)制造過程的(de)質量、物流、生(sheng)產(chan)(chan)管控(kong)程度，企業生(sheng)產(chan)(chan)效(xiao)率提(ti)(ti)高24%以(yi)上，生(sheng)產(chan)(chan)周(zhou)期縮短28%，減少生(sheng)產(chan)(chan)誤操作(zuo)40%，不(bu)良(liang)品(pin)率下降14%，物流運(yun)作(zuo)效(xiao)率提(ti)(ti)高18%以(yi)上，送(song)貨速(su)度提(ti)(ti)高12%;節(jie)省人力成(cheng)本約20%，總體制造運(yun)營成(cheng)本降低(di)28%，生(sheng)產(chan)(chan)節(jie)能7%。
三一夢、智造路
作為機械制(zhi)(zhi)造(zao)行(xing)業(ye)領軍者，三一集團對智能制(zhi)(zhi)造(zao)積極配合和(he)大力推進，從(cong)傳(chuan)統的(de)(de)(de)粗放型工業(ye)生產模式到積極探索(suo)互聯網+工業(ye)的(de)(de)(de)新型生產模式，用(yong)信息技術(shu)對制(zhi)(zhi)造(zao)業(ye)進行(xing)升級，建立先(xian)進的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造(zao)和(he)管理系統，做大做強中國(guo)制(zhi)(zhi)造(zao)業(ye)。
繼18號智(zhi)能工(gong)(gong)(gong)(gong)廠(chang)建成運營后(hou)，三一相(xiang)繼建成了國內領先的長(chang)沙寧鄉汽車起重機(ji)(ji)智(zhi)能工(gong)(gong)(gong)(gong)廠(chang)、北京南(nan)口樁機(ji)(ji)智(zhi)能工(gong)(gong)(gong)(gong)廠(chang)、上海臨港挖掘機(ji)(ji)智(zhi)能工(gong)(gong)(gong)(gong)廠(chang)等。目前，智(zhi)能工(gong)(gong)(gong)(gong)廠(chang)技術已在十多(duo)個(ge)業務(wu)單位得到應用，助推了集團生產模式的變革。
三一集(ji)團在智能制造總(zong)體規劃、技術架(jia)構、業(ye)務模(mo)式、集(ji)成模(mo)型等方面進行了有益的(de)探索和應用示范，為工程(cheng)機械行業(ye)開展轉型升級提供(gong)(gong)了一個很(hen)好的(de)范式與(yu)典型，也為我(wo)國裝備制造業(ye)由生(sheng)產型制造向(xiang)服務型制造轉型提供(gong)(gong)了新(xin)思路(lu)。
